Yhdysvaltalaiset tutkijat ottivat avuksi tekoälyn ja saavuttivat merkittävän läpimurron, joka voi johtaa hankalimpienkin bakteeri-infektioiden täsmähoitoon. Samantyyppistä tutkimusta tehdään myös Suomessa.
Kaliforniassa työskentelevä tutkijaryhmä julkisti 17. syyskuuta uutisen, jolla voi olla kauaskantoisia vaikutuksia lääkeresistenttien bakteeritulehdusten hoitoon. Tutkijat onnistuivat luomaan tekoälyn avulla bakteriofageja, jotka kykenivät etsimään ja tappamaan Escherichia coli -bakteereita.
Bakteriofagit ovat viruksia. Ne tunkeutuvat bakteereihin, käyttävät niitä itsensä monistamiseen ja lopulta tappavat isäntänsä.
Amerikkalaistutkimus on ensimmäinen laatuaan, sillä laboratoriossa luotujen bakteriofagien perimä oli kokonaan tekoälyn kirjoittamaa. Tähän saakka tutkijat ovat käyttäneet tekoälyä kirjoittamaan vain osia geenien sisältämästä dna-koodista.
Tekoäly ei aivan vielä pysty luomaan uusia eläviä organismeja dna-koodia kirjoittamalla. Siihen suuntaan tutkimus on kuitenkin menossa.
– Seuraava askel on AI-generoitu elämä, Stanfordin yliopiston laskennallisen biologian tutkija Brian Hie sanoi tutkimuksesta uutisoineelle Nature-tiedelehdelle.
Brian Hien ja hänen työtovereidensa tutkimus julkaistiin niin sanottuna preprint-artikkelina bioRxiv-lehdessä. Sitä ei ole vielä vertaisarvioitu.
”
Seuraava askel on AI-generoitu elämä.
Lue lisää: Superbakteeri tuhosi 22-vuotiaan miehen keuhkoja – näin hänelle kävi
Suomalaisasiantuntijan mukaan kalifornialaistutkimus on merkittävä. Tekoälyn käyttö mullistaa koko biologian tutkimuksen.
– Biologiseen tietoon perustuva generatiivinen AI tulee olemaan iso juttu, kommentoi Jyväskylän yliopiston virologian dosentti ja faagilääkkeitä kehittävän startup-yhtiö PrecisionPhage Oy:n toimitusjohtaja Matti Jalasvuori IS:lle.
Jalasvuori on tehnyt alansa tutkimustyötä kaksi vuosikymmentä. Siitä huolimatta hän ei pystyisi itse kirjoittamaan dna-koodia tyhjästä, omaan tietotaitoonsa nojautuen.
– Siinä vaiheessa kun tekoäly oppii oikeasti ymmärtämään dna-koodia, se pystyy luomaan täysin uudenlaisia asioita.
Jalasvuori esittää vertauksen. Ihmiskunta on tutkinut maapallon biosfääriä eli elonkehää yhtä paljon kuin tilkallista vettä vesilasista. Tutkimatta on vielä kokonainen valtameri.
– Lääkekehitys ja biologinen tutkimus tutkivat käytännössä edelleen sitä vesilasia. Mahdollisuudet ovat kuitenkin aivan valtavat.
Tekoälyn käyttö nopeuttaa tutkimusta, mutta on se vasta alkuvaiheessa. Näkymät tulevaisuuteen ovat kuitenkin lupaavia.
PrecisionPhage -yhtiö tutkii faagilääkkeitä Jyväskylässä. Kuvassa Sanna Vacker valmistaa laboratoriossa kasvatusmaljoja antibioottiresistenteille bakteereille. Kuva: PrecisionPhage Oy
Amerikkalaistutkijat käyttivät uusien bakteriofagien luomiseen kahta versiota Evo-tekoälymallista. Ne koulutettiin parilla miljoonalla tietopankista otetulla bakteriofagin perimällä samaan tapaan kuin suuret kielimallit koulutetaan valtavien tekstimassojen avulla.
Kokeissa käytetyn bakteriofagin dna:ssa on vain noin 5 000 kirjainparia. Määrä on pieni. On bakteriofageja, joiden genomin kirjainparien määrä lähentelee miljoonaa.
Tekoälymallit loivat yhteensä 302 uutta bakteriofagin genomia, joista 16 osoittautui toimintakykyisiksi. Onnistumisprosentti ei siis ollut kovin korkea.
– Nämä alkuvaiheen tutkimukset ovat kuin ensimmäiset kuvia tekevät tekoälyt, eli eivät vielä kummoisia. Mutta samalla tavalla kuin kuvien tai videoiden kohdalla, pian niitä ei erota oikeasta.
Havainnekuva bakteriofageista hyökkäämässä bakteerin kimppuun. Uuden teknologian avulla tutkijat voivat räätälöidä bakteriofageja erilaisten tulehdusten täsmähoitoja varten. Kuva: WESTEND61 / LEHTIKUVA / SPECTRAL
Lue lisää: Infektiolääkärin ohje ulkomailla matkustaville: ”Itse en ikinä…”
Faagiterapiassa räätälöityjä viruksia tai niiden geneettistä koodia käytetään haluttujen bakteerien tuhoamiseen. Hoitomuoto ei ole vielä yleisesti käytössä. Jalasvuoren mukaan Suomessa on tällä menetelmällä hoidettu vasta kymmenkunta potilasta. Belgiassa hoitoa käytetään säännöllisesti, mutta vielä kokeellisella tasolla.
Läpimurto on kuitenkin tulossa, Jalasvuori arvioi.
Faagilääkkeitä kehitettäessä ei laboratoriossa tarvitse välttämättä syntetisoida uusia viruksia. Luonnollisia bakteriofageja tuotetaan bakteereissa. Synteettisiä faageja voidaan myös tehdä bakteereiden avulla.
– Perimä voidaan tavalla tai toisella siirtää bakteerin sisälle. Viruksen koodi osaa ottaa bakteerin haltuun, tehdä siellä itsestään kopioita ja tappaa bakteerin, Jalasvuori kertoo.
Faagien avulla voidaan tappaa esimerkiksi antibiooteille vastustuskykyisiä sairaalabakteereja, jotka ovat maailmanlaajuinen ongelma.
– Joissakin maissa teho-osastoilta ei enää löydy bakteereja, jotka eivät olisi antibioottiresistenttejä. Jotkut antibiootit saattavat toimia, mutta ne ovat usein valtavan kalliita. Penisilliini maksaa 15 euroa, mutta viimeisen linjan antibiootin viikkokuuri saattaa maksaa 15 000 tai 20 000 euroa.
Tekoälyn avulla voidaan kehittää myös uusia antibiootteja atomi atomilta. Tämä tutkimus on myös vielä alkuvaiheessaan ja kaukana kliinisestä käytöstä.
Kansainvälisesti tunnetuin faagiterapian avulla pelastunut potilas on yhdysvaltalainen Tom Patterson, johon tarttui lääkeresistentti superbakteeri lomamatkalla Egyptissä marraskuussa 2015. Patterson kuljetettiin ensin sairaalahoitoon Saksaan ja sieltä Yhdysvaltoihin, jossa hän kävi lähellä kuolemaa.
Pattersonin puoliso, epidemiologi Steffanie Strathdee ei antanut periksi. Hän päätti tutkijatovereidensa kanssa kokeilla Pattersoniin länsimaissa tuolloin vielä melko tuntematonta hoitomuotoa, faagiterapiaa. Suonensisäisesti annettu faagicocktail puri bakteeriin, ja Patterson parani parissa päivässä.
”
Viruksen koodi osaa ottaa bakteerin haltuun, tehdä siellä itsestään kopioita ja tappaa bakteerin.
Lue lisää: BBC: Tekoäly keksi superbakteereja tappavia antibiootteja
Tekoälyn käyttö uusien elämänmuotojen rakentamiseen herättää innostuksen lisäksi myös huolta.
– Emme ole läheskään valmiita maailmaan, jossa tekoäly voi luoda toimivan viruksen, mutta meidän pitäisi olla. Siksi, että se on jo todellisuutta, kirjoittavat Tal Feldman ja Jonathan Feldman mielipidekirjoituksessaan Washington Postissa.
– Tutkijat etenivät tarpeellisen varovaisesti. He rajoittivat työnsä viruksiin, jotka eivät voi tarttua ihmiseen ja noudattivat tiukkoja turvamääräyksiä. Tätä keskeistä tosiasiaa ei kuitenkaan voi jättää huomiotta: tietokoneet voivat nyt keksiä toimivia – ja jopa voimakkaita – viruksia.
Kirjoittajien mukaan AI:n käytön riskejä ei voi sokerikuorruttaa pois näkyvistä.
– Vaikka Stanfordin tiimi toimikin turvallisesti, mikä estää muita käyttämästä avointa dataa ihmisen taudinaiheuttajista ja rakentamasta omia mallejaan? Kun näin tapahtuu, voidaan samalla tekniikalla tuottaa helposti ihmiselle tappavia viruksia. Silloin laboratoriotutkimuksen läpimurrosta tulee maailmanlaajuinen turvallisuusuhka.
Matti Jalasvuori on samaa mieltä kirjoittajien kanssa. Stanfordin tutkimus oli hänen mukaansa eettistä, mutta teknologian leviämisessä on riskinsä.